Cu和Ni元素对高强度螺栓钢耐候性和延迟断裂的影响

摘要

近年来，随着各种建筑、桥梁工程等逐渐大型化、大跨距化和所用钢材强度水平的不断提高，这使得作为连接件的螺栓类零件的工作应力水平明显提高，工作条件也更加恶劣，从而对其强度及服役性能水平等提出了越来越高的要求。本文以具有良好耐延迟断裂性能的ADF钢(42CrMoVNb)为基础，添加不同含量的Cu和Ni元素，通过周期浸润腐蚀实验、电化学实验、恒载荷延迟断裂实验(Constant Load Tensile，CLT)、慢应变速率拉伸实验(Slow Strain Rate Tensile，SSRT)等实验方法，并使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)和光学显微镜(Optical Microscope，OM)对锈层进行观察，研究了Cu和Ni元素对高强度螺栓钢耐大气腐蚀及耐延迟断裂行为的影响规律，以期进一步改善其耐候及耐延迟断裂性能。主要结论如下:
　　钢中加入0.42％Cu之后，实验钢的耐腐蚀性能有了明显的提高，表面能够快速地形成具有保护性的锈层，且锈层的致密性更高，保护性更强;同时极化曲线测定结果表明，Cu能够使实验钢的自腐蚀电位略正移，从而提高其耐腐蚀能力。延迟断裂实验结果表明，加0.42％Cu实验钢的氢脆敏感性有所提高，这主要与其碳含量偏高所引起的强度水平明显提高有关;断口分析结果显示，裂纹源区均呈解理断裂加少量沿晶断裂的混合断裂模式。
　　钢中加入0.42％Ni之后，实验钢的耐大气腐蚀能力提升明显，锈层致密度和组成都有明显变化，实验钢自腐蚀电位向正向移动明显;继续将Ni含量提高到0.99％之后，自腐蚀电位变化不大，锈层形貌近似，实验钢的耐候性没有得到进一步提升。随着钢中Ni含量提高，实验钢的SSRT氢脆敏感性呈现先提高后降低趋势，CLT氢脆敏感性则差异不明显，对此有待进一步分析。

目录

声明

致谢

摘要

1．1选题研究背景和意义

1．2高强度螺栓钢概况

1．2．1高强度螺栓钢的发展现状

1．2．2高强度螺栓钢的发展动向

1．3耐候性的概念和腐蚀机理

1．3．1耐候性的概念

1．3．2腐蚀机理

1．4耐候性的主要影响因素

1．4．1化学成分的影响

1．4．2组织特征的影响

1．5高强度耐候性钢的研发情况

1．5．1耐候钢板的研发情况

1．5．2耐候螺栓钢的研发情况

1．6本文的研究思路及内容

2．1实验材料

2．2常规力学性能测试

2．2．1拉伸性能实验

2．2．2硬度测试

2．2．3冲击性能测试

2．3电化学充氢实验

2．4晶粒度分析实验

2．5耐延迟断裂性能实验

2．5．1慢应变速率拉伸实验

2．5．2恒载荷缺口拉伸实验

2．6耐大气腐蚀性能实验实验

2．6．1周期浸润加速腐蚀实验

2．6．2腐蚀产物的观察与分析

2．6．3电化学测试

2．7微观组织分析实验

3 Cu对桥梁用高强度螺栓钢耐候性与耐延迟断裂的影响

3．1前言

3．2微观组织特征

3．3回火温度力学性能的影响

3．4 Cu对实验钢耐候性能的影响

3．4．1周期浸润实验腐蚀失重分析

3．4．2锈层形貌分析

3．4．3锈层截面分析

3．4．4锈层物相分析

3．5极化曲线

3．6 Cu对实验钢耐延迟断裂性能的影响

3．6．1恒载荷缺口拉伸实验

3．6．2慢应变速率拉伸实验

3．6．3断口分析

3．6．4 Walpole溶液浸泡实验

3．7讨论

3．8本章小结

4 Ni对桥梁用高强度螺栓钢耐候性及耐延迟断裂的影响

4．1前言

4．2微观组织特征

4．3回火温度对力学性能的影响

4．4 Ni对实验钢耐候性能的影响

4．4．1周期浸润实验腐蚀失重分析

4．4．2锈层形貌分析

4．5极化曲线

4．6 Ni对实验钢耐延迟断裂性能的影响

4．6．1恒载荷缺口拉伸实验

4．6．2慢应变速率拉伸实验

4．6．3断口分析

4．7本章小结

5结论

参考文献

索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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